In this dissertation, a tendon-driven robotic joint with a variable torque mechanism is proposed to solve the problems of hardware of existing robot manipulator. The mechanism concept and design method of a variable-radius pulley that passively changes its transmission ratio as a function of the external load is presented. The key mechanisms of the proposed variable-radius pulley are the face cam mechanism and the sliding mechanism of the follower, through which the follower from the pulley increases the pulley radius. Because the internal stiffness of the rotating spring acts on the rotation of the face cam, the rotation angle of the face cam changes according to the output load, and the sliding length of the follower changes according to the rotation angle of the cam body. The relationship between the output load and the radius of the pulley, which is equivalent to the transmission ratio, can be tuned to optimize the torque capacity region of the actuator, which is used for a tendon-driven robot manipulator. After describing the working principle of the new variable-radius pulley, static analysis of the proposed mechanism is presented. Simulations and experiments are conducted to demonstrate the proposed mechanism, and the results show that the proposed variable-radius pulley can be used to vary the transmission ratio according to the torque applied to the robot joint.
이 논문에서는 기존 로봇 하드웨어가 가지고 있는 문제점들을 해결하기 위한 가변 토크 메커니즘의 텐던 구동 로봇 관절을 제안한다. 외부 하중의 크기에 따라 변속비를 반응적으로 변화시키는 가변 반지름 풀리 메커니즘 개념과 설계 방법이 제시된다. 제안된 가변 반지름 풀리의 핵심 메커니즘은 페이스 캠 메커니즘과 팔로워들의 슬라이딩 메커니즘이다. 회전 스프링의 내부 강성이 페이스 캠에 작용하기 때문에 외부 하중에 따라 페이스 캠의 회전 각도가 변하고 페이스 캠의 회전 각도에 따라 팔로워의 슬라이딩 길이가 변화한다. 본 논문에서는 새로운 가변 반지름 풀리의 작동 원리와 제안된 메커니즘의 정적 분석 내용을 소개한다. 또한 제안 된 메커니즘을 입증하기 위해 시뮬레이션과 실험을 수행하였으며 이를 통해 제안된 가변 반지름 풀리가 로봇 관절에 가해진 토크에 따라 변속비를 변화시킬 수 있음을 보였다.
